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1、大学物理实验报告（分光仪） 实验名称：分光仪的调节和三棱镜顶角的测定三棱镜玻璃折射率的测定姓名 学号 班级 评分第 组 桌 号 实验时间 2 0 年 月 日 一、实验目的1. 了解分光仪的结构，掌握分光仪的调节和使用方法；2. 测量三棱镜的顶角；3. 测定三棱镜玻璃的折射率。 二、实验仪器及器件 分光仪，汞灯，平行平面反射镜，三棱镜。 三、实验原理1. 用自准法测量三棱镜的顶角 利用望远镜自身产生平行光，固定平台，转动望远镜，先使棱镜AB面反射的十字像与叉丝重合（即望远镜光轴与三棱镜AB面垂直），记下刻度盘两边的方位角读数、。然后再转动望远镜使AC面反射的十字像与叉丝重合（即望远镜光轴与AC面
2、垂直），记下读数和（注意与不能颠倒），两次读数相减即得A的补角f 。故A=180f，即 A = 180(f1 + f2) = 112. 用平行光法（又叫反射法、分裂光束法）测量三棱镜顶角 平行光管射出的光束照射在三棱镜的两个光学面上。将望远镜转到一侧（如左边）的反射方向上观察，把望远镜叉丝对准狭缝像，此时读出两个窗口的方位角读数与；再将望远镜转到另一侧，把叉丝对准狭缝像后读出和，则三棱镜的顶角为： 3. 测定三棱镜玻璃的折射率 光线以入射角i1投射到三棱镜的AB面上，以i2角从AC出射，出射光线和入射光线的夹角称为偏向角。的大小随入射角i1而改变。当i1= i2时，偏向角取极小值d ，称为最小
3、偏向角。它与三棱镜的顶角A和折射率n之间有如下的关系：严格按照步骤进行，先后次序决不能颠倒 只要测出三棱镜的顶角A和最小偏向角d ，就可按上式求出三棱镜材料（玻璃）的折射率。四、实验内容 1分光仪的调节 调节时，首先应该进行目测粗调，使望远镜、平行光管大致垂直于仪器主轴，使载物平台下的三个调节螺丝支撑平台高度基本一致。 在粗调的基础上进行细调，调节时按如下三个步骤进行： （1）使望远镜对无穷远聚焦 。 调节望远镜的物镜（注意此时不能再调节目镜），使十字像清晰，并且要求像与叉丝二者间没有视差（轻轻晃动眼睛，看到的十字像与叉丝无相对位移即无视差，否则说明有视差）。这时望远镜已聚焦于无穷远，即能够接
4、收平行光。 （2）调整望远镜光轴与仪器主轴垂直。 在望远镜中已经看到从平面镜的一个平面反射回来的十字像，现在把平台（连同平面镜）转过180，从它的另一个平面找反射回来的十字像。如果两面反射回来的十字像都与叉丝重合，则说明望远镜与仪器主轴垂直，这也是判断“垂直”的标准。这里所说的“重合”，是指十字像与叉丝的横线等高，即微微转动平台时，十字像恰好能沿着叉丝的横线走。（3）调整平行光管，使其光轴与仪器主轴垂直并且能够发出平行光。 A调整平行光管光轴与仪器主轴垂直。 调节平行光管下面的螺丝达到要求。 B使平行光管发出平行光。 改变狭缝与平行光管透镜间的距离（拉进拉出狭缝体），使望远镜中看到清晰的狭缝像
5、，并且没有视差，这时平行光管即已能够发出平行光。 2 测量三棱镜的顶角不能再调望远镜和平行光管的聚焦和高低 （1）调节三棱镜：要求三棱镜的待测顶角A的两个侧面都与仪器主轴平行。 把三棱镜放在平台上，为了便于调节，应将棱镜三边分别垂直于平台下三个螺丝的连线。调节使反射回来的十字像与叉丝横线重合。 （2）用自准法测三棱镜顶角：按实验原理测量两次取平均值。三棱镜的顶角应放接近平台中心位置的地方，否则会给找狭缝像带来困难（3）用平行光法测三棱镜顶角：按实验原理测量两次取平均值。 3测定三棱镜玻璃的折射率 （1）三棱镜在平台上不要拿下来,接着往下做。 （2）转动载物平台，使三棱镜顶角A两个侧面（光线入射
6、面和光线出射面）中的光线出射面大致垂直于平行光管。 （3）先用眼睛观察，找到折射光线狭缝像。然后分别向顺时针方向和逆时针方向轻轻转动载物平台（即改变入射角），注意观察狭缝像移动方向。找到最小偏向角的位置。1. 找绿色谱线（546.07nm）所对应的最小偏向角2. 细心！找到的应确实是那个“临界”位置，即不管平台往哪个方向做一些转动，谱线都往回走 （4）找到最小偏向角的位置，使望远镜的十字叉丝与折射光线的狭缝像重合，记下两窗口的读数和。 （5）转动平台，交换入射、出射面重复以上步骤（从另一个方向找最小偏向位置），重复步骤（2）、（3）、（4）记下两窗口的读数和。 （6）重复上述步骤，共测量三组数
7、据。 （7）用上述方法测出的角度是二倍的最小偏向角，所以计算最小偏向角的公式应该是d = (-)+(-) (2) 五、数据记录与处理自准法15028195028255029(过零点)7502815027195029255028(过零点)75029平行光法25805178050(过零点)1805119805125805078051(过零点)180511980511. 测量三棱镜顶角记录数据表格 数据处理：A1=1800-1/2(3600-255029)+15028+(195028-75028)=60000 同理，A2=60000自准法计算为：1/2(A1+ A2)=60000 = （推导公式与结
8、果）结果表示为：A=600001平行光法计算为：1/2(A1+ A2)=60000 （推导公式与结果）结果表示为：A= 600001 2. 测量三棱镜折射率记录数据表格测量次数最小偏向位置1最小偏向位置2111044191042268046880472110431910432680488804531104519104126804788046平均值1104419104226804788046 以顶角A=6010代入计算折射率n，并算出测量的不确定度。dmin = (-)+(-)51028 = （推导公式与结果）折射率 = un= （推导公式与结果）折射率结果表示为： n=(1.5260.003)
9、 六、预习题（1） 在调节望远镜时，你如何判断十字叉丝和十字像是否在同一平面上（即如何判断有无视差）？ 答：轻轻晃动头，使眼睛看到的十字像与叉丝无相对视差（2）调节望远镜光轴与仪器主轴的垂直关系时，两面反射回来的十字像都偏上（或都偏下）； B一面偏上、一面偏下，分别应如何调节？如果一面偏上3a，另一面则偏下a，这时应如何调节，怎样迅速使两面反射的像都与叉丝重合？答：都偏上（或下），说明望远镜与仪器主轴不垂直，而载物台与仪器主轴垂直。若像上下对称，说明望远镜正常而载物台倾斜。通过渐进逼近方法调节，即：先调望远镜使偏上的3a下降a，然后调载物台使上下对称的2a回到正确位置。 （3）载物平台下边有三
10、个调节螺丝用来调节其倾斜度，为了在实验中便于调节，对于平面镜和三棱镜应分别如何放置（画图说明）？（4）在测角时某个游标读数第一次为34356，第二次为3328，游标经过圆盘零点和不经过圆盘零点时所转过的角度分别是多少？ 过零点时，不过零点时，（5）在测量最小偏向角时，能否不转动平台，而是让三棱镜相对平台转动来获得，为什么？不能！原因：三棱镜在载物台上的位置要调节到光学面法线与仪器主轴垂直，然后才能进行测量。而让三棱镜相对平台转动会破坏这个条件（6）在实验中如何确定最小偏向角的位置？先用眼睛观察，找到折射光线狭缝像。然后分别向顺时针方向和逆时针方向轻轻转动载物平台（即改变入射角），注意观察狭缝像
11、移动方向。找到最小偏向角的位置。（7）若找到了一种单色光的最小偏向角位置，此时其它单色光是否也同时处于最小偏向位置？为什么？此时，其它单色光不处在最小偏向角位置。原因折射光线与光波波长有关，不同波长最小偏向角会不同。 九、课后作业题（1）若角游标刻度盘中心O跟游标中心O不重合（如图，但画时夸大了），则游标转过角时，从刻度盘读出的角度123，但总等于1和2的平均值，即 试证明之。利用圆周角和圆心角的关系自己证明，此处从略！（2）用平行光法测量三棱镜顶角时，为什么应把顶角置于载物平台中心附近？试作图说明之。原因：望远镜的中心轴与载物台的中心轴同为一轴，望远镜活动范围限制在以中心轴为中心旋转且只能接
12、收平行光。因此，望远镜只能接收由中心o点发出的径向光线。其它光线不能接收。如图所示。 （3）如果三棱镜的质料不变，顶角变大（或变小），用同样的光源测量，其折射率及最小偏向角有无变化，如何变化？折射率只与质料及光源有关。当光源不变、质料不变，其折射率不变。顶角变大（或变小），最小偏向角随之变大（或变小）。 （4）如果三棱镜的顶角不变，质料变化，用同样的光源测量，其折射率及最小偏向角有无变化，如何变化？折射率只与质料及光源有关。当光源不变、质料变化，其折射率改变。当折射率变大（或变小），最小偏向角随之变大（或变小）。本实验数据处理的几点说明：1、 测量角度的不确定度计算，由于测量次数较少，不再考虑A类不确定度贡献，只考虑B类分量。2、 当计算的不确定度小于仪器误差限时，以仪器误差限表示结果的不确定度大小。3、 在计算折射率n的不确定度时，要将直接测量量不确定度的角度表示化为弧度表示后，再代入传递公式中去计算。石家庄铁道学院大学物理实验室 第 2 页 共 7 页
